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1、精品名师归纳总结高校运算机基础学问点总结第一章运算机及信息技术概述（明白）1、运算机进展历史上的重要人物和思想1、 法国物理学家帕斯卡 1623-1662：在 1642 年创造了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成,靠发条驱动,用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。2、 德国数学家莱布尼茨：在 1673 年创造了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机, 也是由一系列齿轮组成, 但它能够连续重复的做加减法, 从而实现了乘除运算。3、英国数学家巴贝奇： 1822 年,在历经 10 年努力最终创造了 “差分机 ”。它有 3 个齿轮式寄存器,可以储存 3 个 5 位数字,运算精度可以达到 6 位小数。
2、 巴贝奇是现代运算机设计思想的奠基人。英国科学家阿兰 图灵理论运算机的奠基人 图灵机： 这个在当时看来是纸上谈兵的简洁机器,隐含了现代运算机中 “储备程序”的基本思想。半个世纪以来,数学家们提出的各种各样的运算模型都被证明是和图灵机等价的。美籍匈牙利数学家冯诺依曼 运算机鼻祖 运算机应由运算器、掌握器、储备器、输入设备和输出设备五大部件组成。 应采纳二进制简化机器的电路设计。采纳“储备程序 ”技术,以便运算机能储存和自动依次执行指令。七十多年来,现代运算机基本结构仍旧是“冯诺依曼运算机 ”。2、电子运算机的进展历程1、 1946 年 2 月由宾夕法尼亚高校研制胜利的ENIAC 是世界上第一台电
3、子数字运算机。 “产生了一个电子的大脑 ” 致命缺陷：没有储备程序。2、 电子技术的进展促进了电子运算机的更新换代：电子管、晶体管、集成电路、大规模及超大规模集成电路3、运算机的类型按运算机用途分类：通用运算机和专用运算机按运算机规模分类：巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、嵌入式运算机按运算机处理的数据分类：数字运算机、模拟运算机、数字模拟混合运算机1.1.4 运算机的特点及应用领域运算机是一种能依据事先储备的程序,自动、高速的进行大量数值运算和各种信息处理的现代化智能电子设备。 （含义）1、运算速度快2、运算精度高3、储备容量大4、具有规律判定才能5、依据程序自动运行应用领域：
4、科学运算、数据处理、过程与实时掌握、人工智能、运算机帮助设计与制造、远程通讯与网络应用、多媒体与虚拟现实1.1.5 运算机进展趋势：巨型化、微型化、网络化、智能化可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1、光运算机2、生物运算机3、量子运算机1.2 运算机系统构成.一个完整的运算机系统有硬件系统和软件系统两大部分组成.硬件系统是指能够收集、加工、处理数据以及输出数据所需的设备实体,是看得见、摸得着的部件总和。.软件系统是指为了充分发挥硬件系统性能和便利人们使用硬件系统,以及解决各类应用问题而设计的程序、 数据、文档总和, 它们在运算机中表达为一些触摸不到的二进制状态,储备在内存、磁盘、
5、闪存盘、光盘等硬件设备上。1.3.1信息技术概念信息是一种学问,是接受者事先不知道不明白的学问。数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。4 次信息革命：文字、造纸和印刷术、电报电话广播电视、运算机与网络现代信息技术：运算机技术微电子技术通信技术1.3.1信息技术产业与人才信息产业是信息社会的支柱,主要包括：运算机硬件制造业、运算机软件业、信息服务业以及国民经济中传统行业的信息化信息产业属资本密集型、学问密集型、人才密集型的产业。信息技术训练包括：.对信息科学的懂得.对信息应用的实践才能.对信息社会的熟悉和态度其次章运算机信息基础2.1.1数制的概念数制也称 计数制,
6、是指用一组固定的 符号和统一的规章来表示数值的方法。常用数制十进制二进制八进制十六进制数字符号090,1070 9,A,B,C,D,E,F基 数102816基数： R 进制的基数 =R位权：在数制中, 各位数字所表示值的大小不仅与该数字本身的大小有关,仍与该数字所在的位置有关,我们称这关系为数的位权。位权：一个与数字位置有关的常数,位权=Rn2.1.3二进制和其它进制的转换十进制转二进制：整数部分除以2 取余,直至商为 0。小数部分乘以 2 取整,直至小数部分为 0 或达到所需精度为止。十进制转八进制：方法同上。整数部分除以8,小数部分乘以 8。十进制转十六进制：方法同上。整数部分除以16,小
7、数部分乘以 16。2.2 运算机中的数据单位位bit：运算机储备数据的最小单元0、1 字节Byte：处理数据的基本单位 8bit/Byte 常用的字节计数单位：1KB 1024 Byte210B1MB 1024 KB220B1GB1024 MB230B1TB1024 GB240B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结字长： CPU 一次处理数据的二进制位数。2.3 信息表示与编码所谓编码,就是利用数字串来标识所处理对象的不同个体。2.3.1 整数的表示在数学中,数值是用 “”和“”表示正数和负数的,而在运算机中只有0 和1,所以正负号也用 0 和 1 表示,即数值符号数字化。补码的概
8、念是怎么来的？“模”是指一个系统所能表示的数据个数。按模运算是指运算结果超过模时,模（或模的整数倍）将溢出而只剩下余数。假设 M 为模,如数 a,b 满意 abM ,就称 a,b 互为补数。在有模运算中,减去一个数等于加上这个数对模的补数。2.3.2 实数的表示定点数： 小数点位置固定的数称为定点数。浮点数： 小数点位置不固定的数称为浮点数与汉字有关的编码：（ 1）、输入码2 国标码和区位码：每个汉字占两个字节的编码,且每个字节最高位均为0。全部汉字分 94 个区,每个区 94 个汉字。 由此构成区位码。 而区位码的区码和位码各加 32 就得到国标码。（3） ）机内码（4） ）字型码：汉字储备
9、在运算机内采纳机内码,但输出时必需转换成字形码, 再依据字形码输出汉字。 字形码又称汉字字模, 用于在显示器或打印机上输出各种文字和符号。点阵汉字：每一个汉字以点阵形式储备,有点的的方为“1”,空白的的方为 “0”。有 1616、2424、4848 点阵等。点阵越大,字形辨论率越好,字形也越美观,但汉字储备的字节数就多,字库也就越巨大。2.3.6多媒体信息的数字化数字化就是对模拟世界的一种量化, 表示信息的最小单位是位 bit “ 0或”“1。” 多媒体信息在运算机中也要转换为0 和 1,因此也需要进行编码。第三章 运算机硬件体系结构3.1 运算机系统的构成一个完整的运算机系统是由硬件和软件组
10、成。硬件是由运算器、掌握器、储备器、输入设备、输出设备五部分组成。其中： 中心处理器 简称 CPU=运算器 +掌握器主机=中心处理器 +主储备器软件是指各类程序和数据, 运算机软件包括运算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。3.1.2 冯诺依曼型运算机的结构冯诺依曼型运算机是将程序和数据事先存放在外储备器中,在执行时将程序和 数据先从外存装入内存中, 然后使运算机在工作时自动的从内存中取出指令并加以执行,这就是储备程序概念的基本原理。冯诺依曼运算机体系结构的主要特点是：(1) 采纳二进制形式表示程序和数据。(2) 运算机硬件是由运算器、掌握器、储备器、输入设备和输出设备五
11、大部分组可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结成 。(3) 程序和数据以二进制形式存放在储备器中。(4) 掌握器依据存放在储备器中的指令程序 工作。3.1.3 微型运算机的产生与进展微型机属于第四代电子运算机产品, 即大规模及超大规模集成电路运算机。微机的核心部件是 CPU3.2 微型运算机主机结构微型机基本是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有CPU、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。3.2.1 中心处理器CPUCPU：运算器部件、寄存器部件和掌握器部件。CPU 从储备器取出指令,放入 CPU 内部的指令寄存器,并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作, 然后发出各种掌握命令,
12、执行微操作系列, 从而完成一条指令的执行。CPU 的主要性能指标 ：(1) 主频/外频（主频 =外频倍频,即 CPU 工作频率）(2) 数据总线宽度（即字长,指 CPU 传输数据的位数）(3) 的址总线宽度（打算了 CPU 可拜访的的址空间）(4) 工作电压（低电压可削减 CPU 过热,降低功耗）(5) 高速缓存 Cache（加速 CPU 与其它设备间数据交换）(6) 运算速度（ CPU 每秒能处理的指令数）1. 运算器运算器是完成算术和规律运算的部件,又称算术和规律运算单元。 运算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的。运算器的核心部件是:(1) 运算规律部件(2) 寄存器部件2. 掌握器掌
13、握器负责从储备器中取出指令, 并对指令进行译码, 并依据指令译码的结果, 按指令先后次序, 负责向其它各部件发出掌握信号, 保证各部件和谐一样的完成各种操作。掌握器主要由以下部件组成： 程序计数器。存放下一条将要执行的指令在内存中的的址。 指令寄存器。储存现在正在执行的指令。 指令译码器。用来识别指令的功能,分析指令的操作要求。 时序部件。产生运算机工作中所需的各种定时掌握信号,对各种微操作掌握信号进行定时掌握。以和谐各部件的工作次序。 微操作掌握电路。一条指令的执行可以分解为一系列不行再分的微操作命令信号,即微命令,以指挥整个运算机有条不紊的工作。3.2.2 高级 CPU 技术1、超线程技术
14、2、双核心 CPU 技术 ：由于组建双 CPU 系统的高成本和复杂性,桌面电脑上并未得到普及。用 “双核”技术,就是在单个CPU 中真正集成两个物理运行核心, 因此在实际使用中,这种 “双核心处理器 ”和使用两个独立 CPU 组建的系统在工作原理和性能上基本没有区分。目前,CPU 已从双核向 4 核、8 核和多核方向发可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结展。3.2.3 主板主板是电脑中各种设备的连接载体。它供应CPU、各种接口卡、内存条和硬盘、软驱、光驱的插槽,其它的外部设备也会通过主板上的I/O 接口连接到运算机上。早期的 PC 机主板是将快速的 CPU、中速的内存、 慢速的外设
15、都连接在一条总线上,使系统的总体性能得不到优化。3.2.4 内储备器内储备器 简称内存 ,由半导体材料构成。内存分为只读储备器和随机读写储备器。1. 只读储备器 ROM.特点：储备的信息只能读出, 不能随机改写或存入, 断电后信息不会丢失, 牢靠性高。.ROM 分类(1) 掩膜式 ROMMask ROM(2) 可编程 PROMProgrammable ROM(3) 可擦除 EPROM Erasable PROM(4) 电可擦 EEPROMElectrically EPROM(5) 快擦写 ROMFlash ROM2. 随机储备器 RAM特点：用于存放原始数据、中间结果、最终结果。开机前是空的,
16、断电后数据消逝。RAM分类:(1) SRAM ：静态 RAM 。不需要充电来保持数据完整性,成本高且集成低,一般做高速缓冲储备器。(2) DRAM ：动态 RAM 。需要定时充电来保持数据的完整性,通常所说的“内存”主要由它构成。一般指以下两种类型： SDRAM- 同步动态储备器 DDR- 双倍速率内存DDR2- 四倍速率内存 DDR33. Cache高速缓存 Cache 是一种高速缓冲储备器,是为明白决CPU 与主存之间速度不匹配而采纳的一种重要技术。其中片内Cache是集成在 CPU 芯片中,片外 Cache 是安插在主板上。高速缓冲储备器的存取速度比主存要快一个数量级,大体与CPU 的处
17、理速度相当。4.多级缓存最早的 CPU 缓存容量很低。当集成在CPU 内核中的缓存已不能满意CPU 的需求,而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量时,显现了集成在与 CPU 同一块主板上的缓存,此时把 CPU 内核集成的缓存称为一级缓存, 而外部的称为二级缓存。现在多数 CPU 内部也有二级缓存,于是二级缓存又可分为内部二级缓存和外部二级缓存。较高端的 CPU 中仍会带有三级缓存 。6. 储备器的层次结构既要速度快, 又要求容量大, 同时价格又要求合理, 在目前技术条件下这三项指标很难用单一种类的储备器来实现。折衷的方法是采纳层次结构。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.
18、2.5 总线总线：是一组连接各个部件的公共通信线路, 是运算机内部传输指令、 数据和各种掌握信息的高速通道,是运算机硬件的一个重要组成部分。 的址总线。传输的是的址信号,一般是单向传输。当CPU 需要拜访某个外设时,它向的址总线发出相应外设的的址信号,以挑选某个外设。 数据总线。传输的是数据,一般是双向传输。CPU 进行“读”时,数据由外设流向 CPU,当 CPU 进行“写”时,数据由 CPU 流向外设。 掌握总线。有的是 CPU 向内存或外部设备发出的信号。 有的是内存或外部设备向 CPU 发出的信号。对每条掌握线而言信号是单向传送,但作为整体是双向的。总线按处于运算机硬件系统中的位置来分：
19、 片内总线 又称内部总线 。是指 CPU 芯片内部的总线。 片间总线 又称局部总线 。是主板上各外围芯片与 CPU 之间的总线,用于芯片一级互连。 系统总线 又称输入 / 输出总线 。是微机中各插件板与系统主板之间的总线, 用于插件板一级的互连。 外部总线 又称通信总线 。是微机和外部中低速外部设备之间或外设与主机连接的总线。系统总线标准系统总线标准大致可分为 ISA 总线、 PCI 总线、 PCI Express三个阶段。 ISA 总线。是最早的 8 位系统总线。后来扩展到 16 位。ISA 是现代个人运算机的基础。 PCI 总线。主要特点是传输速度高,广泛应用于现代微机中。 AGP 总线。
20、专为系统中一块图形显示卡设计的总线。 PCI Express总线。是新一代的总线接口。外部总线标准常见的 I/O 总线： USB 总线属高速串行接口总线。该总线最多可连接127 个设备,支持热拔插,支持即插即用,所以 USB 接口已经成为很多外设的标准接口。 USB 有两个规范, 即 USB1.1 和 USB2.0。 IEEE1394 总线属高速串行接口总线,主要用于连接DV 产品。3.2.6 接口I/O 接口是连接主机和外部设备之间的规律部件,由 I/O 接口电路、 连接器一般为连接电缆 和接口软件 即设备驱动程序 组成。依据 I/O 接口是否内嵌在主板中, 可将 I/O 接口分为内置 I/
21、O 接口和外置 I/O 接口两类。(1) 内置 I/O 接口将 I/O 接口电路内嵌在主板中,由主板供应外设接口电路插座,如键盘接口、鼠标接口、 USB 接口、串口、并口及软硬盘接口等。(2) 外置 I/O 接口将 I/O 接口集成到一块独立的电路板接口卡上,接口卡必需插在总线扩展插槽上如 PCI、PCI Express插槽等 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.3 外部储备器外部储备器通常用来存放需要长期储存的各种程序和数据。 当需要执行或处理这些程序和数据时, 必需将其先调入到内存中然后再被 CPU 处理, 所以外存实际上属于输入输出设备。目前微机常用的外储备器主要有软盘
22、、硬盘、光盘、 U 盘等。3.3.2 硬盘硬盘是微机最重要的外部储备器, 常用于安装微机运行所需的系统软件和应用软件,以及储备大量数据。(1) 硬盘储备格式硬盘是由多个涂有磁性物质的金属圆盘盘片组成, 盘片的每一面都有一个读写磁头, 在对硬盘进行格式化时, 将对盘片进行划分磁道和扇区, 对于大容量的硬盘仍将多个扇区组织起来成为一个块“簇”,簇成为磁盘读写的基本单位。有的簇是一个扇区,有的有好几个扇区,可以在格式化的参数中给定。(2) 硬盘性能指标 硬盘的容量。现在微机上所配置的硬盘一般在200GB 以上。 硬盘的转速。 硬盘的转速越快, 硬盘查找文件的速度也就越快。 现在的主流硬盘转速一般为
23、7200rpm 以上。 缓存。硬盘自带的缓存,缓存越多,越能提高硬盘的拜访速度。(3) 硬盘接口硬盘接口分为 IDE、SATA、SCSI 和光纤通道四种, IDE 接口硬盘多用于家用产品中, SATA 是种新生的硬盘接口类型。(4) 硬盘格式化 硬盘低级格式化。主要是对一个新硬盘划分磁道和扇区。 硬盘分区。把硬盘划分为成如干个相对独立的规律分区。 硬盘高级格式化。高级格式化主要是对指定的硬盘分区进行初始化, 建立文件安排表以便系统按指定格式储备文件。3.3.3 光盘储备器光盘简称 CDCompact Disc是利用塑料盘片表面凹凸不平的特点, 通过光的反射来记录和识别二进制的0、1 信息。光盘
24、的分类 :1. 只读型光盘只读光盘中的数据是在制作时写入的,用户只能读数据, 而不能写入或修改光盘中的数据。音频光盘 CD-DA 、数据光盘 CD-ROM 、 VCD 、DVD 等都属于只读光盘。2. 一次写入光盘这种光盘答应一次写入数据,但不能修改和擦除数据,如 CD-R。3可擦写光盘这种光盘可多次写入或修改数据,如CD-RW。从光盘中读取数据的设备我们称之为光驱。光驱把经过聚焦后的激光投射到光盘上,利用光盘的凹坑或非凹坑边缘反射的激光强度不同而将其表示为不同的电信号。光驱倍数是指光盘的数据传输率（ 150KB/s 为单倍,以此类推）。CD-ROM 光盘驱动器能读除 DVD 以外的全部光盘。
25、而 DVD 光盘要用 DVD 驱动器才能读, DVD 驱动器兼容 CD-ROM 所能读的光盘。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结DVD 光盘DVD 盘片的物理规格与 CD 盘片是一样的, CD 盘只使用一个面记录一层的信息, 而 DVD 盘可分为单面单层、 单面双层、双面单层以及双面双层4 种结构。DVD 按用途可分为以下几类：应用最广的是 DVD-Video 格式,用于储备影音信息。 此外仍有 DVD-ROM 只读DVD 、 DVD-Audio 音频 DVD 、 DVD R可写 DVD 、 DVD-RAM 或 DVD RW 可擦写 DVD 。另外,仍有蓝光高清 DVD 光盘。光
26、盘刻录机是指可读写的光盘驱动器。包括 CD 和 DVD 两种刻录机。 CD 刻录机既有 CD-ROM 光驱的功能,也能够向刻录 CD 光盘。其传输速率一般标注为 A/B/C的形式（如 20/10/40）,其中 A 表示写 CD-R 盘的倍速, B表示写 CD-RW 盘的倍速, C 表示读盘的倍速。 DVD 刻录机既具有 DVD-ROM光驱的功能,也能够刻录 DVD 光盘和 CD 光盘。3.3.4 USB 盘通过 USB 接口与电脑连接,实现即插即用,具有小巧、牢靠、易于操作等特点。闪存盘中无任何机械式装置,抗震性能强。U盘中的储备模块其实就是Flash-ROM。移动硬盘一般由笔记本硬盘和硬盘盒
27、组成。3.4.1 输入设备(1) 键盘(2) 鼠标(3) 扫描仪3.4.2 输出设备(1) 显示器(2) 打印机(1) 显示器CRT 显示器在工作时,电子枪发出电子束轰击荧光粉层上的某一点,使该点发光,每个像素有红、绿、蓝三基色组成,通过对三基色的强度的掌握就能合成各种不同颜色。液晶显示器 LCD 的优点在于： 图像稳固。由于只有在画面内容发生变化时才需要刷新, 因此没有闪可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结烁感。 液晶底板整体发光,真正的完全平面。 LCD 显示器基本上没有辐射。 能耗低。约为 CRT 显示器的三分之一。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结(2) 打印
28、机常用的有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等。 针式打印机特点。利用钢针击打色带把色带上的墨打印在纸上形成文本或图形。缺点是打印质量差、速度慢、噪声大。优点是可以打多联纸,耗材相对较廉价。 喷墨打印机特点。打印头上有如干个喷头,打印时,墨水以每秒近可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结万次的频率喷射到纸上。与其它两类打印机相比,在打印质量、速度、噪声及成本方面处于中等层次。 激光打印机特点。利用激光可以形成很细的光点,将碳粉固着在纸上,加热后碳粉固定在纸上, 最终印出文字和图片。 优点是打印速度快、 噪音低、质量好,缺点是价格及打印成本较高。对三种打印机的打印成效对比来说,激光最好
29、,喷墨其次,而针式相对较差。3.4.3 其他外部设备(1) 多媒体设备（第七章）(2) 调制解调器3.5.1 运算机指令系统指令：是指运算机执行特定操作的命令。是程序设计的最小语言单位。指令构成：操作码 +的址码指令系统：是指一台运算机所能执行的全部指令的集合。不同型号的计算机有不同的指令系统。它反映了运算机的处理才能。可分为以下四个步骤：开头执行程序时,先给程序计数器 PC 赋以第一条指令的首的址0100H。取指令依据计数器中的的址从内存中取出指令070270H,并送往指令寄存器。然后计数器 PC 自动加 1 指向下一指令的址。分析指令对指令寄存器中存放的指令 070270H进行分析,由译码
30、器对操作码 07H进行译码,由的址码 0270H确定操作数的址。执行指令 取出操作数,去完成该指令所要求的操作。例如做加法指令,取内存单元 0270H的值和累加器的值相加,结果仍是放在累加器。一条指令执行完成,再回到取指令阶段开头下一指令的执行。3.5.3 运算机硬件系统的性能指标(1) CPU 的主频。主频越高,单位时间内完成的指令数也越多,CPU 工作的速度也就越快。(2) 字长。字长越长,运算机一次所能处理信息的位数就越多,表现为运算机的运算速度越快。(3) 运算速度。它是一项综合性的性能指标。是指运算机每秒钟执行的指令数,单位是 MIPS,即每秒百万条指令。(4) 内存容量。内存容量越
31、大,一次读入的程序、数据就越多,运算机的运行速度也就越快。(5) 内存存取速度。 内存连续启动两次独立的 “读”或“写”操作所需的最短时间,称为存取周期。(6) I/O 速度。 I/O 的速度是指 CPU 与外部设备进行数据交换的速度。目前系统性能的瓶颈越来越多的表达在I/O 速度上。第四章 运算机操作系统操作系统是配置在运算机硬件上的第一层软件,是掌握运算机全部操作的软件。4.1.1 操作系统的概念操作系统： 是治理运算机软硬件资源的程序, 同时它又是用户与运算机硬件的接口。4.1.2 操作系统的构成可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结进程治理、内存治理、文件治理、输入/输出系统
32、治理、二级储备治理、联网、爱护系统、命令说明程序4.2.1 操作系统的类别经过多年的进展, 操作系统多种多样。 为提高大型运算机系统的资源利用率,操作系统从批处理, 多道程序进展为分时操作系统。 为了满意运算机处理实时大事的需要, 就有实时操作系统。 为适应个人运算机系统的需要又显现了桌面操作系统。 为适应并行系统的需要, 就有了多处理器操作系统。 为满意网络和分布运算的需要, 就有了网络操作系统和分布式操作系统。 此外, 仍有为支持嵌入式运算机的嵌入式操作系统。4.2.2 运算环境从运算机产生至今, 操作系统总是与详细的运算环境相联系, 它总是在某种运算环境中设置和使用,就目前来看运算环境可
33、分为以下几类：1. 传统运算环境指一般意义下的独立或联网工作的通用运算机所形成的运算环境。2. 基于 Web 的运算环境互联网的普及使得运算被延长到Web 环境。3.嵌入式运算环境嵌入式运算机就是安装在某些设备上的运算部件,其运算相对比较简洁。4.3.1进程的概念什么是进程？它与程序有什么区分？程序：用户为完成某一个特定问题而编写的操作步骤。进程：可以简洁的被看作是正在执行的程序。但是进程需要肯定的资源来完成它的任务 例如 CPU 时间、内存、文件和 I/O 设备 。进程与程序的区分在于进程是动态的、 有生命力的, 而程序是静态的。 一个程序加载到内存,系统就创建一个进程,程序执行终止后,该进
34、程也就消亡了。在运算机中, 由于多个程序共享系统资源, 就必定引发对 CPU 的争夺。如何有效的利用 CPU 资源,如何在多个恳求 CPU 的进程中挑选取舍, 这就是进程治理要解决的问题。4.3.3 进程掌握块 PCB略为了掌握进程,操作系统就必需知道进程储备在哪里,以及进程的一些属性。进程掌握块是进程实体的一部分, 是操作系统中记录进程的专用数据结构。一个新的进程创建时, 操作系统就会为该进程建立一个进程掌握块。操作系统依据进程掌握块对并发进程进行掌握。4.3.4 进程调度及队列图运算机采纳多道程序的目的是使得运算机系统无论何时都有进程运行,单处理器的运算机在某一时刻 CPU 只能运行一个进
35、程,假如存在多个进程,其它进程就需要等待 CPU 闲暇时才能被调度执行。当一个进程处于等待或 CPU 时间片用完时,操作系统就会从该进程中拿走 CPU 掌握权,然后再交给其它进程使用,这就是进程的调度。4.3.5 CPU 调度及其准就在设计 CPU 调度程序时主要应当考虑的准就包括：(1) CPU 使用率。让 CPU 尽可能的忙。(2) 吞吐量。让 CPU 在肯定时间内完成的进程数尽可能多。(3) 周转时间。让进程从提交到运行完成的时间尽可能短。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结(4) 等待时间。让进程在就绪队列中等待所花时间之和尽可能短。(5) 响应时间。让进程从提交恳求到产生
36、第一响应之间的时间尽可能短。主要的 CPU 调度算法1、先到先服务2、最短作业优先3、优先权4、轮转5、多级队列6、多级反馈队列4.3.7 进程的同步与互斥进程的同步就是指相互协作的进程不断调整它们之间的相对速度,以实现共同有序的推动。换句话说 ,在操作系统中,答应多个进程并发运行。然而,有些进程之间本身存在某种联系, 它们在系统中需要一种协作, 以保证进程能正确有序的执行并爱护数据的一样性。在操作系统中, 可能存在着多个进程。 而系统中一些资源一次只答应一个进程使用,这类资源被称为临界资源。在进程中拜访临界资源的那段程序称为临界区。 当一个进程进入临界区执行时, 其它进程就不答应进入临界区执
37、行, 否就就会导致错误结果。由此得出 :多个进程并发执行时,只答应一个进程进入临界区运行,这就是进程的互斥。例如：多个进程在竞争使用打印机时表现为互斥。一个文件可供多个进程共享, 其中有一个进程在写操作时, 其它进程就不答应同时写或读,表现为互斥。4.3.8 进程的死锁及处理方法在多道程序设计中,多个进程可能竞争肯定数量的资源。一个进程在申请资源时,假如所申请资源不足,该进程就必需处于等待状态。假如所申请的资源被其它进程占有,那么进程的等待状态就可能无法转变,从而形成进程之间相互始终等待的局面,这就是死锁。竞争资源引起死锁引起死锁的四个必要条件：.互斥：任一时刻只能有一个进程独占某一资源,如另
38、一进程申请该资源就需推迟到该资源释放为止。.占有并等待：即该进程占有部分资源后仍在等待其它资源,而该资源被其它进程占有。.非抢占：某进程已占用资源且不主动舍弃它所占有的资源时,其它进程不能强占该资源,只有等其完成任务并释放资源。.循环等待：在显现死锁的系统中,肯定存在这样一个进程链,其中每个进程至少占有其它进程所必需的资源,从而形成一个等待链。处理死锁问题的三种方式：.可使用协议预防和防止死锁,确保系统从不会进入死锁状态。.可答应系统进入死锁状态,然后检测出死锁状态,并加以复原。.可忽视进程死锁问题,并假装系统中死锁从来不会发生。即没有必要把精力花在小概率大事上。处理死锁优先考虑的次序：先预防
39、和防止再检测和复原可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.4 内存治理内存是现代操作系统的核心。 内存用于容纳操作系统和各种用户进程, 是可以被CPU 和 I/O 设备所共同拜访的数据仓库。运算机的全部程序运行时都要调入内存。内存治理的主要工作是： 为每个用户进程合理的安排内存, 以保证各个进程之间在储备区不发生冲突。 当内存不足时, 如何把内存和外存结合起来, 给用户供应一个比实际内存大得多的虚拟内存, 使得程序能顺当执行。 内存治理包括内存安排、的址映射、内存爱护和扩充。4.4.1 用户程序执行与的址映射用户编写程序在执行前, 需要多个处理步骤, 这些步骤可将源程序转变为二进制
40、机器代码,然后在内存中等待执行。当然有时并非每个步骤都是必需的。通常,将指令和数据的的址映射成内存的址可以发生在以下三个执行阶段。了解1. 编译阶段 :假如在编译时就知道进程将在内存中的什么位置驻留,那么编译器就可以直接以生成肯定的址代码。2. 加载阶段 : 不知道进程将驻留在什么位置, 那么编译器就必需生成程序的规律的址,在加载阶段再转变成内存的肯定的址。3. 执行阶段 :假如进程在执行时可以从一个内存段移动到另一个内存段,那么进程的肯定的址映射工作只能推迟到执行时进行。4.4.2 物理的址空间与规律的址空间物理的址 :是运算机内存单元的真实的址。物理的址空间 :由物理的址所构成的的址范畴。
41、规律的址 :用户程序的址,从 0 开头编址。规律的址空间 :由规律的址所构成的的址范畴。的址映射 :用户程序在运行时要装入内存, 这就需要将规律的址变换成物理的址, 这个过程称为的址映射,也称重定位。用户编写的源程序是不考虑的址的,源程序经CPU 编译后产生规律的址。从 CPU 产生的规律的址转换为内存中的物理的址的映射是由运算机中被称为内存治理单元的硬件设备来实现的, 将规律的址与内存治理单元中存放的内存基址相加就得到了物理的址。4.4.3 进程使用内存的交换技术为了更加有效的使用内存, 进程在不运行时, 可以临时从内存移至外存上, 直到需要再运行时再重新调回到内存中。 也就是说内存治理程序
42、可将刚刚运行过的进程从内存中换出以释放出占用的内存空间, 然后将另一个要运行的进程占据前者释放的内存空间。运算机工作时,为了将多个进程放入到内存就必需考虑在内存中如何放置这些进程。4.4.4 内存安排方案 -连续对于连续内存安排方案, 开头时全部内存是一个大的孔, 随着内存安排的进行就会形成位置上不连续的大小不一的孔。在连续内存安排方案中, 当新进程需要内存时,为其查找合适的孔,实现内存安排。该方案为每个进程所安排的内存物理的址空间在位置上是连续的。4.4.5 内存安排方案 -分页式分页治理基本思想：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结o 内存物理的址空间划分为如干个大小相等的块页
43、框 o进程的规律的址空间也划分为同样大小的块页面o 内存安排时每个页面对应的安排一个页框,而一个进程所分得页框在位置上不必是连续的。页表：操作系统为每个用户程序建立一张页表, 该表记录用户程序的每个规律页面存放在哪一个内存物理页框。4.5 虚拟内存方案虚拟内存是一个容量很大的储备器的规律模型, 它不是任何实际的物理储备器,它一般是借助硬盘来扩大主存的容量。虚拟内存： 对于一个进程来讲, 假如仅将当前要运行的几个页面装入内存便可以开头运行, 而其余页面可临时留在磁盘上, 待需要时再调入内存, 并且调入时也不占用新的内存空间, 而是对原先运行过的页面进行置换。 这样,就可以在运算机有限的内存中同时
44、驻留多个进程并运行。 而对用户来讲感觉到系统供应了足够大的物理内存,而实际上并非真实的,这就是虚拟内存。4.5.2页面恳求与页面置换算法页面恳求 :在虚拟内存技术中,进程运行时并没有将全部页面装入到内存,在运行过程中进程会不断的恳求页面,假如拜访的页面已在内存,就连续执行下去。但假如要拜访的页面尚未调入到内存,便恳求操作系统将所缺页面调入内存,以便进程能连续运行下去。页面置换 :假如恳求页面调入内存时, 安排给该进程的页框已用完, 就无法立刻装入所恳求页面。 此时,必需将进程中的某个页面从内存的页框调出到磁盘上, 再从磁盘上将所恳求的页面调入到内存的该页框中。这个过程叫做页面置换。4.6 文件
45、治理文件治理是操作系统最常见的组成部分。文件治理主要供应目录及其文件的治理。4.6.1 文件的概念文件：储存在外部储备设备上的相关信息的集合。文件命名：文件主名 +扩展名文件存取属性：.只读：只答应授权用户进行读操作。.读写：只答应授权用户进行读和写的操作。.文档：答应任何用户进行读写操作。.隐匿：不答应用户直接看到文件名。文件系统： 是对文件进行操作和治理的软件, 是用户与外存之间的接口。 这个系统将全部文件组织成目录结构储存在外存, 一个文件对应其中的一个目录条。 目录条记录有文件名、文件位置等信息。操作系统对文件的基本操作包括：创建文件、文件写、文件读、文件重定位、文件删除、文件截短。对文件的其它操作包括：文件复制、重命名、更换属性等。4.6.2 文件的物理结构和规律结构文件结构分物理和规律结构。其中物理结构是文件在外存上的储备组织形 式,它与详细的储备设备有关。 文件规律结构是指用户能直接感受到的文件组织结构,它与详细的储备设备无关。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结无结构文件有结构文件文件的规律结构流式文件次序文件索引文件可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结索引次序文件无结